高职铸造教学中增材制造技术的应用实践_赵鼎.pdf

造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 轻工人才205高职铸造教学中增材制造技术的应用实践赵 鼎，刘文杰天门职业学院，湖北 天门 431700摘要：随着现代制造技术的不断发展，增材制造技术已经成为铸造行业中的一项重要技术。在高职铸造教学中引入增材制造技术的应用实践，可以提高学生的实践操作能力和创新能力，促进高职教育的转型升级。文章主要研究了在高职铸造教学中增材制造技术的应用实践。首先，介绍了增材制造技术的发展历程和现状，以及其在铸造领域的应用情况。然后，分析了增材制造技术在高职铸造教学中的重要性和必要性。最后，探讨了增材制造技术在高职铸造教学中的应用实践方法和具体效果。实践表明，加强高职铸造教学中增材制造技术的应用实践是非常必要的，这将为铸造行业的未来发展提供人才支持和技术保障。关键词：增材制造技术；高职铸造教学；光固化成形；喷射黏结成形分类号：G712；TG24-4铸造工艺是制造业中的一个重要领域，它涉及许多产品的制造，如汽车、飞机、船舶等。在现代铸造工艺中，增材制造技术是一个备受关注的领域，它不仅可以加速制造速度，还可以提高制造精度和减少材料浪费。在高职铸造教学中，应用增材制造技术可以有效提高学生的实践操作能力和创新能力，促进高职教育的转型升级。1 增材制造技术的发展历程和现状增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来制造三维物体的制造技术。随着技术的不断发展，增材制造技术已经广泛应用于航空航天、医疗、汽车、机械等领域1。其主要优点在于能够快速制造出具有复杂形状和结构的零件，同时还能够在一定程度上提高制造效率和减少材料浪费。随着增材制造技术的不断发展，目前已经出现了多种类型，如喷射黏结成形（Jetting Binder，JB）、激光选区烧结成形（Selective Laser Sintering,SLS）、激光熔化沉积（Laser Melting Deposition,LMD）、电子束熔化沉积（Electron Beam Melting,EBM）、喷墨式 3D 打印（Three Dimensional Printing,3DP）等2。这些技术具有各自的优缺点，适用于不同的制造场景。在铸造领域中，增材制造技术可以用于制造模具、样板和零部件等。通过增材制造技术可以实现快速制造模具，提高制造精度和效率。传统的铸造模具需要通过切削加工等多个工序来制造，而使用增材制造技术则可以一次性制造出来，减少了制造时间和成本。同时，增材制造技术可以制造出更为复杂的模具，使得制造出的铸件更加精准和一致。除了模具，增材制造技术还可以用于制造复杂结构的零部件，从而降低生产成本和提高产品性能。传统的制造技术通常需要使用多个部件进行组装，而增材制造技术则可以将这些部件整合成一个部件进行制造，从而减少了制造工序和成本。此外，增材制造技术还可以制造出更加轻量化的零部件，提高产品的性能和使用寿命3。2 增材制造技术在高职铸造教学中的重要性和必要性2.1 增材制造技术可以提高学生的实践能力传统的铸造技术主要是通过手工操作来提高学生的实践能力。而使用增材制造技术，则可以让学生更加深入地了解现代制造技术的应用和发展。学生可以通过实际操作来制造出具有复杂形状和结构的零件，从而提高其制造能力和实践能力。2.2 增材制造技术可以提高学生的创新能力在传统的铸造教学中，学生往往只是按照已有的工艺流程来制造零件。而使用增材制造技术，则可以让学生更加灵活地探索新的制造方法和工艺流程。学生可以通过设计不同的堆叠方案和工艺参数来制造出具有更高精度和性能的零件，从而提高其创新能力和实践能力。此外，增材制造技术可以提高学生的就业作者简介：赵鼎，男，本科，助教，研究方向为机械工程教学研究。文章编号：2096-3092（2023）01-0205-03 轻工人才 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料206竞争力。现代制造业对于具有增材制造技术的铸造工人和技术人才的需求越来越高，学生如果能够掌握增材制造技术，则更加适应现代制造业的需求，拥有更好的竞争力和就业前景。2.3 增材制造技术可以提高铸造教学的教学质量和教学水平在传统的铸造教学中，学生往往只是通过简单的模拟操作来学习铸造技术。而使用增材制造技术，则可以更加直观地展示现代制造技术的应用和发展，使学生更加深入地了解铸造工艺和工程原理。因此，增材制造技术在高职铸造教学中具有非常重要的作用。学生应该在课堂上学习并掌握增材制造技术，以提高其实践能力、创新能力和就业竞争力，同时也可以提高铸造教学的教学质量和教学水平4。3 增材制造技术在高职铸造教学中的应用实践方法和具体效果3.1 喷射黏结成形喷射黏结成形技术是增材制造技术的一种。其工作原理是将粉末材料和黏结剂混合后，通过喷头喷射到建模平台上，黏结剂固化后，材料就形成了一层。然后，建模平台会升高一层，再次进行喷射和固化，直到形成最终的零件或产品5。该技术可以使用多种材料，如金属、塑料、陶瓷等；制造速度较快，采用逐层喷射材料的方式制造，可以快速制造出具有复杂形状和结构的零件；与其他增材制造技术相比，喷射黏结成形技术的材料成本相对较低。喷射黏结成形技术在铸造领域的应用主要包括制造模具和样板等。通过该技术，可以快速制造出高精度的模具和样板，提高制造精度和效率。（1）制造模型和铸造模具。传统的模型和铸造模具制作需要手工雕刻或 CNC 加工，耗时费力。而喷射黏结成形技术可以通过 3D 打印制造出形状复杂的模型和铸造模具，提高制作效率和精度，并且可以满足不同形状和尺寸的需求。这可以让学生更好地了解铸造模具的设计和制作过程，提高他们的实践能力。（2）制造铸造零件的原型。在高职铸造教学中，制造原型是非常重要的一环。传统的制造原型方式是通过手工雕刻或加工制作，成本高、效率低，而且很难满足复杂形状的需求。喷射黏结成形技术可以快速制造出各种形状的原型，可以帮助学生更好地理解和掌握铸造零件的设计和制造流程，提高他们的实践能力。（3）制造特殊形状和复杂结构的零件。传统的铸造技术很难实现特殊形状和复杂结构的零件制造，而喷射黏结成形技术可以通过 3D打印实现这些复杂结构的制造，具有很大的应用前景。这可以帮助学生更好地了解和学习 3D 打印技术，培养他们的创新思维和实践能力。3.2 光固化成形光固化成形是一种通过紫外线或可见光照射光敏材料从而固化其表面层来实现成形的增材制造技术。该技术可以制造出高精度、高表面质量和高分辨率的零件，适用于制造微小、复杂结构的零件。该技术主要分为两种类型：一种是基于液态光敏树脂的光固化成形，另一种是基于粉末的光固化成形6。基于液态光敏树脂的光固化成形是将液态光敏树脂涂覆在建造平台上，然后使用 UV 激光器或者其他可见光源进行照射，使被照射的光敏树脂发生固化。当一层被固化后，建造平台下降一定距离，再涂覆一层光敏树脂，再次进行照射。这样不断重复直到完成整个零件的成形。在此过程中，需要考虑材料的流变性质和黏度，以保证涂覆平整，并且需要通过调整激光功率和扫描速度来控制固化深度和表面质量。基于粉末的光固化成形是一种新兴的技术，其工作原理与液态光敏树脂类似，但使用的材料是光敏粉末。在该技术中，首先，将光敏粉末被涂覆在建造平台上，并使用 UV 激光器进行照射，使被照射的光敏粉末发生固化。然后，建造平台下降一定距离，并且再次涂覆光敏粉末，并进行照射。这个过程不断重复直到完成整个零件的成形。由于使用的是粉末材料，因此需要在每次涂覆后对粉末进行固化处理，以避免其在下一次涂覆时产生移动。总的来说，光固化成形具有成形精度高、表面质量好、成本低等优点，但同时也存在一些限制，如成形速度慢、材料选择范围窄等。3.3 激光选区烧结成形技术激光选区烧结成形技术（下称“SLS 技术”）是一种先进的 3D 打印技术，它使用激光束将粉末状材料黏结在一起，逐层构建出三维物体7。该技术具有高精度、高效率、高质量等优点，在高职铸造教学中有着广泛的应用前景。使用 SLS 技术制造零件还可以提高生产效率，降低成本，为学生提供更好的实践体验。SLS 技术还可以为学生提供更多的机会去了解和学习先进的 3D 打印技术，促进学生的创新思维和实践能力的提升。（1）SLS 技术可以用于铸造模型的制造。在传统造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 轻工人才207的铸造教学中，学生需要手工制作铸造模型，需要耗费大量的时间和精力。而使用 SLS 技术，可以通过 3D打印快速制造出复杂的铸造模型，节约时间和精力。同时，SLS 技术可以制造出非常精细的模型，可以更好地展示铸造模型的细节和特点，提高学生的学习效果。（2）SLS 技术还可以用于铸造模具的制造。在传统的铸造教学中，学生需要手工制作铸造模具，需要具备一定的手工制作能力。而使用 SLS 技术，可以通过 3D 打印快速制造出复杂精细的模具，提高模具的精度和质量。同时，使用 SLS 技术制造模具还可以提高生产效率，降低成本，为学生提供更好的实践体验8。（3）SLS 技术还可以用于铸造零件的制造。在传统的铸造教学中，学生需要手工制作铸造零件，需要具备一定的手工制作能力和铸造工艺知识。而使用 SLS技术，可以通过 3D 打印快速制造出复杂的零件，并且可以制造出非常精细的零件，提高零件的精度和质量。在未来，随着 SLS 技术的不断发展和普及，将在高职铸造教学中扮演越来越重要的角色。需要注意的是，尽管 SLS 技术具有很多优点，但仍然存在一些局限性。首先，SLS 设备的价格相对较高，需要学校投入较多资金。其次，SLS 技术对粉末材料的要求较高，需要使用特殊的材料，成本较高。最后，SLS 技术在构建大型零件时，由于打印时间较长，容易导致零件失稳或变形。因此，在使用 SLS 技术时需要注意这些问题，以确保教学质量。3.4 喷墨式 3D 打印技术喷墨式 3D 打印技术是一种基于喷墨喷头工作原理的快速成型技术。它使用喷墨喷头将液态或半固态的材料按照预定的路径喷出，逐层累积形成三维实体模型。喷墨式 3D 打印技术具有成本低、制造速度快、制造精度高等优点，因此在高职铸造工艺中得到广泛应用。（1）喷墨式 3D 打印技术可以帮助学生更好地理解铸造工艺。在传统的铸造教学中，学生只能通过观察实际的铸件来了解铸造工艺的整个过程，而喷墨式3D 打印技术可以帮助学生将三维的铸造过程转化为实体模型，更加直观地展现出整个铸造过程的每一个细节，使学生更好地理解铸造工艺。（2）喷墨式 3D 打印技术可以为学生提供更多的实践机会。在传统的铸造教学中，学生往往只能通过手工铸造来练习铸造技能，而这种方法往往受到时间、空间和安全等因素的限制。而采用喷墨式 3D 打印技术可以快速地制造出铸造模型，为学生提供更多的实践机会，让学生在实际操作中掌握铸造技能。（3）喷墨式 3D 打印技术可以提高教学效果。通过采用喷墨式 3D 打印技术，学生可以更加直观地了解铸造工艺，提高学习效果。同时，采用喷墨式 3D 打印技术制造的铸造模型可以更加准确地展现每个细节，从而让学生更加深入地了解铸造工艺。此外，喷墨式 3D打印技术制造的模型可以反复使用，不仅可以减少教学成本，还可以让学生在实践中不断完善和提高自己的技能。在高职铸造教学中，喷墨式 3D 打印技术还可以应用于模型设计和模具制造。学生可以使用 3D 建模软件进行模型设计，然后使用喷墨式 3D 打印技术制造出模型，并使用模型进行模具制造。学校需要配备先进的喷墨式 3D 打印设备，培养具有喷墨式 3D 打印技术应用能力的专业教师。只有这样，才能让喷墨式 3D 打印技术在高职铸造教学中发挥更大的作用。4 结束语增材制造技术在铸造领域的应用前景非常广阔，通过应用增材制造技术，可以大大提高零件的制造质量和生产效率。除了上述的几种增材制造技术，在铸造领域中还有其他技术，例如，电子束加工、电弧增材制造、超声波增材制造、高速喷粉成形等。这些技术各具特点，可根据具体需求选择使用。随着技术的不断发展，增材制造技术在铸造领域中的应用将会越来越广泛。在未来的铸造教学